红枣膳食纤维的提取研究

王红 高冬

【摘要】以红枣为原料，采用酶解法提取红枣中的膳食纤维，然后对其提取工艺参数进行正交优化。以膳食纤维提取率为考察指标，通过单因素试验，对纤维素酶用量、木聚糖酶用量、酶解的时间、温度进行了探讨，通过正交试验对其优化，同时对酶解法所提取的红枣膳食纤维的持水性、膨胀率以及抗氧化性进行测定。抗氧化性测定结果表明：红枣膳食纤维对自由基有较好清除作用。

【关键词】红枣；膳食纤维；酶解法；提取率

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.019

The Microbiological Inspection Technology in Food Testing

WANG Hong， GAO Dong

（Fushun Inspection， Examination & Certification Centre， Fushun 113008， China）

Abstract： Jujube was used as raw material to extract dietary fiber from jujube by enzymolysis， and the extraction process parameters were optimized by orthogonal design. Taking the extraction rate of dietary fiber as a reference， the amount of cellulase， xylanase， enzymolysis time， temperature， were discussed by single factor test. At the same time， the water holding capacity， swelling rate and antioxidant activity of dietary fiber extracted by enzymatic hydrolysis were determined. The results of antioxidant activity showed that dietary fiber of jujube had a good scavenging effect on free radicals.

Key words： Jujube； dietary fiber； enzymolysis； extraction rat

膳食纖维是对食物中不易消化的植物成分的总称，这些植物成分不能被人体胃肠道的消化酶分解。一般来说，膳食纤维作为一种不易被胃肠道直接消化吸收，不能直接产生人体能量的天然多糖，其包括众多物质（如纤维素、半纤维素、低聚糖、多糖、果胶等）[1-2]。当人体摄入膳食纤维含量高的食物后，能够增加人体肠道的体积，进而降低血糖血脂的水平，维持人体健康。按照是否溶于水对膳食纤维进行分类，可分为水溶性和水不溶性两种[3]，其中受到广泛关注的是水溶性膳食纤维。水溶性膳食纤维虽然不能直接向人体产生能量，但它具有润肠通便、调节血脂、调节肠道菌群的功效[4]，此外还有降低血液中胆固醇含量、保护肝脏、减脂瘦身、抑菌消炎、抗氧化等功能，对人体有很好的调节作用。同时，膳食纤维可以减少“三高”，减少对重金属的吸收，从而预防冠心病、糖尿病、心脑血管病等疾病。

红枣又称大枣，它具有多种生理保健功能，深受人们的喜爱。研究表明，红枣中富含丰富的膳食纤维，是提取膳食纤维的良好原料。现在国内针对红枣膳食纤维主要有以下几种提取方法：物理法、化学分离法、生物技术法、化学-酶组合法。

1.1试验材料及设备仪器

试验材料：红枣（市售）；纤维素酶（食品级）；木聚糖酶（食品级）；VC（食品级）；乙醚（分析纯）；磷酸缓冲溶液（分析纯）；氢氧化钠（分析纯）；无水乙醇（分析纯）。

仪器设备：样品打碎器（FP3010）；真空干燥箱（BZF-50）；电热鼓风干燥箱（BGZ-140）；高速冷冻离心机（CF16RN）；电子天平（ML204T/02）；多参数测定仪（S220-Bio）；紫外可见分光光度计（UV-2600）；旋转蒸发仪（EV241）。

1.2试验方法

1.2.1红枣膳食纤维的提取工艺流程

1）样品制备：将挑选好的红枣进行清洗并去核，于50℃真空干燥箱中干燥10～14 h至恒重，将干燥后的红枣放入粉碎机，将红枣打碎，打碎后的红枣用60目筛进行筛选，备用。

2）乙醚去脂：称取10.0 g经过粉碎机粉碎后的红枣粉末，在室温条件下，加入乙醚溶液（按1∶8的料液比），将加入乙醚后的溶液立即进行封口处理（目的：防止乙醚挥发）。同样温度条件下放置12 h，去除脂类物质（目的：便于后续试验操作，增加红枣膳食纤维得率）。

3）调节溶液pH：向样品中加入蒸馏水（按1∶15的料液比），加入蒸馏水后，调整溶液的pH为5.0作为试验反应的条件，加入纤维素酶、木聚糖酶，进行酶解反应，在温度保持60℃情况下水浴1 h。

4）水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维的分离：将经过酶解后的物质（混合物）从水浴锅中取出，并立即冷却。将冷却好的混合物放入离心机中，进行下一步离心分离（转速为3500 r/min，时间15 min）操作。经过离心操作，上清液与沉淀物分离，沉淀物需要用无水乙醇冲洗3次（增加溶解量，可溶性膳食纤维中的纤维素溶于乙醇），将冲洗后的洗涤液并入上清液，向沉淀物中再次加入无水乙醇，浸泡，过夜，干燥称重。该沉淀物为红枣不溶性膳食纤维。

5）乙醇沉淀：将并入洗涤液后的上清液利用减压浓缩设备进行减压浓缩处理，再用4倍体积的无水乙醇对经过减压浓缩处理后的膳食纤维进行沉淀。12 h后，利用离心机（转速3500 r/min）离心1 min，对剩下的固体进行干燥、粉碎、过60目筛、称重，得水溶性膳食纤维。

1.2.2红枣膳食纤维提取工艺单因素试验

1）纤维素酶加入量的筛选：选择相对红枣样品总质量的木聚糖酶加入量为0.8%，酶解温度条件为60℃，酶解时长60 min，pH=5.0，设置梯度相对红枣样品总质量的纤维素酶加入量分别为0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%。

2）木聚糖酶加入量的篩选：加入相对红枣样品总质量0.9%的纤维素酶的量，酶解温度条件为60℃，酶解时长60 min，pH=5.0，设置相对红枣样品总质量的木聚糖酶加入量分别为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。

3）酶解时间的选择范围：选择相对红枣样品总质量的纤维素酶和木聚糖酶加入量分别为0.9%、0.8%，酶解温度条件为60℃，pH=5.0，放入恒温水浴箱中进行水浴。水浴时设置酶解时长梯度分别为40、50、60、70、80、90 min。

4）酶解温度的选择范围：选择相对红枣样品总质量的纤维素酶和木聚糖酶加入量分别为0.9%、0.8%，设置酶解时长60 min，pH=5.0，设置酶解温度条件分别为50、52、54、56、58、 60℃。

1.2.3正交试验设计

1.2.4红枣膳食纤维得率的测定

1.2.7红枣膳食纤维抗氧化性的研究

DPPH·被广泛用于评价物质的抗氧化活性。当人体自由基过量时，会加速人体细胞衰老，严重的可引起慢性疾病。有研究表明，对于在预防和治疗某些疾病方面，清除体内多余的自由基还是有必要的。清除自由基的一种常用的方法是在体外进行抗氧化。

2.1纤维素酶添加量对红枣膳食纤维得率的影响

从图1可以看出，当纤维素酶加入量在0%～1.5%时，红枣膳食纤维得率呈现出先高后低。当纤维素酶添加量为1.2%左右时，红枣膳食纤维得率达到最大值36.1 mg/g；当纤维素酶添加量增加到1.5%时，红枣膳食纤维得率呈下降趋势。但与添加量1.2%组差异不显著。这可能是纤维素酶浓度达到一定值后，底物浓度相对不能饱和，导致酶的作用受阻[8]。同时，也可以看出利用双酶法提取红枣膳食纤维，其得率要高于单一木聚糖酶提取法（纤维素酶添加量为0时），因此选择用于进一步优化试验的纤维素酶添加量为0.9%～1.5%。

2.2木聚糖酶添加量对红枣膳食纤维得率的影响

由图2可知，当木聚糖酶加入量在0%～1.0%时，红枣膳食纤维得率变化趋势为先上升后下降，最后近于平稳。当加入0.6%的木聚糖酶时，膳食纤维得率达到最大值，为36.3 mg/g；木聚糖酶添加量增至0.8%时，红枣膳食纤维得率开始降低，但与0.6%添加量组差异不显著，可能是由于木聚糖酶浓度达到了一定值，底物浓度相对不能饱和导致酶作用受阻。同时，也可以看出双酶法提取红枣膳食纤维，其得率要高于单一纤维素酶（木聚糖酶添加量为0时）提取法，因此选择用于进一步优化试验的木聚糖酶添加量为0.4%～0.8%。

2.3酶解时间对红枣膳食纤维得率的影响

由图3可以看出，随着酶解时间的增加，红枣膳食纤维提取率显著提高。70 min时达到最大值36.6%，但在70 min以后趋于平缓，继续酶解至90 min时，红枣膳食纤维得率虽有提高，但与70 min样品组差异不显著。分析其原因可能是在90 min时酶与底物结合很充分，已完全反应。但考虑到酶解时间的增加会带来能源浪费，所以用于进一步优化试验的酶解时间选择60～80 min。

2.4酶解温度对红枣膳食纤维得率的影响

通过图4可以看出，在规定的温度范围内，当酶解温度不断升高，红枣膳食纤维得率先增加后减少。当酶解温度上升到60℃时，红枣膳食纤维得率达到最大值，为36.5 mg/g；当温度持续升高超过60℃，红枣膳食纤维得率趋势图出现了下降。其原因可能是酶的活性在温度过高的情况下出现衰减，抑制了酶解反应，导致酶解反应进行不充分，使红枣膳食纤维得率下降。从统计学角度看，55℃至65℃样品组之间出现红枣膳食纤维得率最大值，且55℃样品组与60℃样品组存在显著差异。故选择酶解温度55～65℃用于进一步优化试验。

2.5红枣膳食纤维提取的正交试验优化

通过上述单因素试验确定影响红枣膳食纤维得率大小的4种主要因素为：纤维素酶加入量、木聚糖酶加入量、酶解时间、酶解温度。在单因素试验中设置条件为：纤维素酶加入量0.9%、木聚糖酶加入量0.8%、酶解时间60 min、酶解温度60℃。通过正交试验对最终结果进行优化分析由表2得到的正交优化结果显示，4种主要影响因素对最终结果影响的大小顺序为A>D>C>B，即纤维素酶加入量的影响最大，木聚糖酶加入量的影响最小，确定最优组合为A2D2C3B2。当纤维素酶加入量为1.2%、木聚糖酶加入量为0.6%、酶解温度为60℃、酶解时间70 min条件下，红枣可溶性膳食纤维得率最高，最高值为36.6%。

2.6持水率與膨胀率测定分析

2.6.1红枣膳食纤维持水率的测定

在正交优化试验结果的基础上，测定红枣膳食纤维的持水力。结果显示，持水力为435.2%。通过此结果可以看出，红枣膳食纤维具有较高持水力。

2.6.2红枣膳食纤维膨胀率的测定

在正交优化试验结果的基础上，测定红枣膳食纤维膨胀力大小，结果为15.6 mL/g。通过测定结果可以看出，单位体积内红枣膳食纤维具有高膨胀率。

2.7红枣膳食纤维对DPPH·的清除作用

由图5可以看出，红枣膳食纤维和VC对DPPH·的清除能力与质量浓度呈现出较强的依赖关系。结果显示，在浓度0.4～0.9 mg·mL-1之内，红枣可溶性膳食纤维和VC对DPPH·清除率呈现的趋势大致相同，两者都随着溶液浓度的增加而增强。在相同浓度下分别测定红枣可溶性膳食纤维和VC对DPPH·的清除能力，结果表明红枣膳食纤维对DPPH·的清除能力强于VC。结果表明，在0.4～0.9 mg·mL-1浓度范围内两者呈剂量-效应关系。红枣膳食纤维抗氧化活性较高，该结论与其他研究结果相一致。

试验通过正交优化处理，分析了红枣膳食纤维的酶解法提取条件的最适工艺，利用单因素试验和正交优化试验确定红枣膳食纤维的最佳提取条件，即加入1.2%的纤维素酶，加入0.6%的木聚糖酶，酶解时间70 min，酶解温度60℃，料液比1∶15（g/mL），酶解pH值为5.0。在优化结果的基础上，红枣膳食纤维得到了最大提取率，为36.6%。此方法的提取工艺稳定性高，产品得率高。经过测定其持水力为435.2%，膨胀力为15.6 mL/g。利用VC做试验对照，对红枣膳食纤维样品进行DPPH·的清除能力试验。结果显示，红枣膳食纤维和VC具有相同趋势的清除率，红枣膳食纤维对DPPH·的清除能力强于VC，显示了其较高的抗氧化活性。试验的研究成果旨在以酶法提取红枣中膳食纤维工艺的产业化以及为红枣加工企业膳食纤维产业化开辟新的途径提供一定的理论支撑。

【参考文献】

[1]曲鹏宇，李丹，李志江，等.膳食纤维功能、提取工艺及应用研究进展[J].食品研究与开发，2018，19（12）：218-224.

[2]尹蓉，张倩茹，李小平，等.红枣膳食纤维生物功能及提取工艺概述[J].安徽农学通报，2019，25（4）：151-153.

[3]姚慧慧，王燕，赵传文.小麦麸皮膳食纤维及其在食品中的应用研究进展[J].粮食与油脂，2018（31）：15-17.

[4]吴洪斌，王永刚，刘成江，等.新疆红枣多糖酶法提取工艺研究[J].食品工业科技，2012（5）：292-295，313.

[5]郑刚，郭小佩，赵国华，等.制备工艺对番茄皮膳食纤维理化性质的影响[J].食品科学，2010，31（16）：24-28.

[6]杨申明，王波，王振吉，等.金雀花总黄酮提取工艺优化及抗氧化性研究[J].浙江农业学报，2015，27（2）：278-284.

[7]刘芬，朱顺妮，徐忠斌，等.超声辅助热水浸提小球藻多糖及抗氧化活性测定[J].中国酿造，2020，39（2）：177-181.

[8]李铉军，崔胜云.抗坏血酸清除DPPH自由基的作用机理[J].食品科学，2011，32（1）：86-90.

【作者简介】

王红，女，1985年出生，硕士，研究方向为食品检验和质量管理。高冬，女，1981年出生，硕士，研究方向为食品检验和质量管理。

（编辑：李加鹏）